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双光子吸收截面 双光子吸收 当光束通过非线性介质时，介质同时从光束中吸收两个光子来激发物质系统，引起光束的衰减。 一种三阶非线性效应过程，可以出现在具有对称中心的晶体和各项同性介质中。 当两束光的频率相同或者只有光强为I的一束光在介质中传播时，双光子吸收过程的表达式为： 式中： 通常，双光子吸收的强弱用双光子吸收截面δ来表示： Nc为单位体积的分子数 测量双光子吸收截面的方法 非线性透过率法 Z-扫描方法 双光子诱导荧光法（上转换荧光法） 双光子瞬态吸收光谱法 非线性透过率法 ←均匀光束 ←高斯光束 通过改变入射光强的强度，得到随入射光强变化的非线性透过率。用公式对实验中获得的随入射光强变化的非线性透过率数据进行拟合，求得非线性介质的双光子吸收系数β，并可进一步求得双光子吸收截面δ。 非线性透过率法 优点：实验装置简单，测量方便，处理数据容易。 缺点： （1）待测介质浓度高时，线性吸收会比较大。 （2）入射光强度很高时，其它机制的吸收会对非线性吸收过程有贡献。 （3）当受激辐射、放大自发辐射、光散射等过程有重要影响时，δ比实际值偏小；当激发态吸收等过程有重要影响时，δ比实际值偏大。 Z-扫描方法 灵敏度高，单光束测量 缺点与非线性透过率法类似。 双光子诱导荧光法（上转换荧光法） 对于很多有机染料分子，双光子吸收后将伴随着荧光辐射过程，其荧光发射波长比激发光的波长短，并且荧光强度与激发光强度之间的依赖关系为平方关系。通过测量介质的双光子诱导荧光，也可以得到双光子吸收截面值。 双光子诱导荧光法（上转换荧光法） 可以有效排除其它非线性效应所产生的影响，准确地测量介质真实的双光子吸收截面： 入射光强和溶液浓度比非线性透过率法分别低1和3个数量级，相对于双光子吸收来说，其它非线性效应的贡献被大大减小。 利用单色仪可以把双光子诱导荧光和其它非线性产生的效应区分开来。 由于荧光强度和激发强度之间为平方关系，根据其偏离程度，可以进一步减小激发光强，以避免这些效应对测量双光子吸收的影响。 双光子诱导荧光法（上转换荧光法） 比较待测样品和标准样品（具有已知δ）的双光子诱导荧光，求得待测样品的δ。 1：标准样品 2：待测样品 F：双光子诱导荧光强度 φ：荧光量子效率 c：样品浓度 L：样品通光长度 N：荧光团数密度 K：无量纲常数 双光子诱导荧光法（上转换荧光法） 准确度高，但是必须首先测出样品的荧光量子效率，准确度很大程度上依赖于所选择标准样品。 对实验光学装置要求较高。尤其对荧光收集系统，必须保证两次测量荧光时的荧光收集效率是相同的。 难以测出非荧光材料的双光子吸收截面。 双光子瞬态吸收光谱法 由激发态泵浦-探测瞬态吸收光谱法发展而来，是唯一能精确测出非荧光材料双光子吸收截面的方法。 能将直接的双光子吸收和通过中间实能级实现的连续分布吸收区分开来。 和双光子诱导荧光法类似，该方法也是通过比较待测样品和已知双光子吸收截面的标准样品来求得待测样品的δ。 双光子瞬态吸收光谱法 根据以下公式可得到待测样品的双光子吸收截面： 1：标准样品 2：待测样品 ΔA：双光子激发下瞬态吸收为最大的波长λmax处的吸收变化值 c：样品浓度 σ： λmax处单光子吸收截面